热处理对T91钢金相组织及显微硬度的影响

陈敏娜

（沧州出入境检验检疫局,河北 沧州 061001）

一般情况下，电站锅炉用管在低温阶段可使用碳素钢，在高温阶段可使用贝氏体型钢。我国在80年代初的时候，从美国CE公司引进了600MW、300MW亚临界压力锅炉的设计和建造工艺，而且在高温段开始应用T91／P91。当前情况下，我国各个电站锅炉在高温段使用的材料质量参差不齐，比如，主蒸汽管道采用的P22钢，当机组参数逐渐提高时，要确保管道可以承受更大的压力，就要采取措施，加厚主蒸汽管道的壁厚度，但这会给管件带来较大的温度梯度应力，并且加大了安装难度。近年来，T9l钢管材才开始投入到我国电站的应用中，所以对其焊接接头与母材的金相结构以及显微硬度的了解不够深入，所以有了加强探索的必要性。本文以热处理方法为依据，对T91钢焊接接头各个部分的受热况进行了简单模拟，并仔细分析了其金相组织和显微硬度，从而总结出了各个受热区域，显微硬度和金相组织的变化规律，以供电厂或者电建金属检修人员实行现场检测工作时作为指导标准。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

本次试验材料样本选择取日本生产的T91钢管，规格为42mm×5mmT91。CCT(奥氏体连续冷却变化曲线图)如图所示。T91钢管的成分组成中，C含量为0.098，S含量为0.004，P含量为0.016，Mn含量为0.44，Cr含量为8.82，Mo含量为0.88，Si含量为0.36。结合T91钢管的化学成分以及CCT可以看出，T91钢为低碳高台金钢，合金总含量大于l0%。正火状态下的组织一般是马氏体组织。

T91／P9l钢的奥氏体持续冷却变化曲线情况（CCT）

1.2 试验方法

本次热处理模拟试验研究选择在RJX-4-13型高温电阻炉中实行，试样占先制备成金相样品在通过热处理之后，再使用苦味酸盐酸酒精溶液来腐蚀，然后利用NEOPHOT-21型金相显微镜对金相组观察分析，并且在HX-1000型显微硬度计上测算确定显微硬度。

并依据实际焊接接头部位的形成温度，并结合CCT曲线来确定热处理温度。不言而喻，在接头焊接的焊制作业中，因为熔化的焊丝以及母材金属构成的熔池池温最高可以达到1600℃．所以焊缝两侧的母材金属会经受一次显著的焊接热力循环过程．最后会形成一个由熔台区、正火区、过热区以及不完全正火区共同组成的热影响区(HAZ)。当热循环温度达到1200℃时，受到高温环境的的不断影响，组织严重过热，从而形成过火区；当焊接热循环温度比奥氏体(A)完全转变点高出许多时，正火区在此温度的影响下，不会导致A晶粒尺寸变得更大；当焊接热循环温度比奥氏体(A)完全转变温度低时，不完全正火区的少部分组织引起A变化，进而造成了原始组织以及部分奥氏体转变产物共存的部分区域。

2 分析试验结果

模拟试验结束后，对实验结果进行分析。钢管材的供货态组织为回火索氏体，晶粒大小比较均匀。过热区组织因为在进行热处理时，其高温状态的温度达到1250℃，从而使奥氏体晶粒发生很大变化，即生长很快，在冷却之后形成了位向明显、晶粒较大的低碳马氏体，硬度为377HV0.2；过热区在高温回火后，马氏体板条虽然参与了高温同火的过程，但是位向仍然存在，不过奥氏体在经过分解、转化之后，会变成铁索体，因而能析出碳化物质，进而成为回火索氏体组织，硬度数值相对于原先数值，下降为252HV0.2。正火区在正火状态的组织结构，因为正火温度高达1050℃，奥氏体虽然发生了彻底变化，但晶粒生长速度较慢，因此在冷却后，形成的低碳马氏体，其晶粒均匀、细小；而正火区在高温回火后，其细小、均匀的低碳马氏体组又会变为均匀、细小的回火索氏体。依旧保持原来的状态，从而形成了晶粒大小不均匀的马氏体+回火索氏体组织；不完全正火区在高温回火后，之前发生相变的马氏体一般会还原成回火索氏体。

3 结论

（1）简单模拟T91钢焊接接头各个区域在受热循环影响下的具体情况，当受热温度出现差异时，金相组织的相变程度也会有很大差异。当温度相对于T91钢的奥氏体变化温度更高时，热处理正火状态下的相应组织都会变为低碳马氏体，不过经高温同火处理之后，低碳马氏体便会逐渐分解，从而转变为铁索体+碳化物，即回火索氏体组织。

（2）各个部分的组织特性主要表现为：过热区的晶粒相对更粗大，而正火区的晶粒则微小，而不完全正火区的晶粒则大小参差不齐。

（3）焊态下的正火区、过热区以及不完全正火区的硬度值，全部超过了ASME规定的标准，即大于等于250HB；在760℃×60min的高温回火之后，各个区域的硬度值则会由正火状态下＞400HV降为能够满足ASMESA-213的标准要求。

[1]王春贵.SA213- T91钢小径管焊缝焊后热处理有效性的试验研究[J].黑龙江电力,2011(04).

[2]代小号,欧阳杰,徐雪霞等.T91钢金相组织异常原因分析及建议[J].河北电力技术.2012(04).